共转化法获得无筛选标记的转PEPC、PPDK基因水稻恢复系纯合体

用根癌农杆菌共转化的方法将pSB130/CK质粒[目的基因磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(PEPC)、磷酸丙酮酸二激酶基因(PPDK)与筛选标记潮霉素抗性基因HPT分别构建于2个T-DNA区]导入水稻恢复系R299,经PCR、Southern检测,筛选到T0代13个转基因植株。对T1～T3代转基因后代进行PCR跟踪鉴定,分离出无潮霉素抗性基因的转基因植株(PEPC PPDK HPT-),分离株系比率为15%～21%,分离株系中PEPC PPDK HPT-型单株分离频率为7.2%～10.0%。在T3代成功获得了无筛选标记的转基因纯合系3个(06D351,06D352和06D353),PEPC酶活性和光合速率分析结果表明,其PEPC活性比对照提高了1.5～4.9倍,光合速率提高了19%～40%,说明这些转基因纯系材料在水稻高光效育种上具有很大的应用价值。     

小麦和谷子C_4光合途径关键酶活性及其与光合和蒸腾的关系

为了解小麦和谷子叶片中C4光合途径关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)和苹果酸脱氢酶(MDH)的活性差异及其与光合速率和蒸腾速率的关系,以4个小麦品种(中国春、晋麦47、绵阳11、小偃6号)和4个谷子品种(豫谷1号、吨谷1号、冀谷19、冀谷20)为材料,在苗期、拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期,分别测定了小麦和谷子叶片中四种光合酶的活性、净光合速率和蒸腾速率。结果表明,在小麦生育期,叶片中均可检测到这四种光合酶的活性,且酶活性与净光合速率变化趋势一致;谷子叶片中四种光合酶活性均远高于小麦;不同小麦和谷子品种间四种光合酶活性存在显著差异。小麦的PPDK和NADP-ME活性均与净光合速率呈显著正相关,与蒸腾速率相关不显著;谷子的MDH、PEPC和PPDK活性均与净光合速率呈显著正相关,仅豫谷1号的PEPC活性、冀谷20和吨谷1号的MDH活性与蒸腾速率呈显著正相关。     

外源C4二羧酸对转玉米PEPC基因水稻C4光合途径的促进作用

以转PEPC基因水稻和野生型水稻Kitaake为材料, 研究了不同基因型水稻叶片中的C4光合微循环及其功能。通过测定与光合C4途径有关的关键酶,如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、NADP苹果酸酶(NADP-ME)、NADP苹果酸脱氢酶(NADP-MDH)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK),说明野生型水稻叶片中具有完整的C4光合酶体系;用外源草酰乙酸(OAA)或苹果酸(MA)饲喂叶切片或叶绿体后明显增加光合速率,证明野生型水稻中具有一个有限的光合C4微循环。将玉米的PEPC基因导入原种水稻后,可大幅度提高光合C4微循环的速率。测定不同基因型的CO2交换速率,看出水稻中C4光合微循环的增强有提高净光合速率(Pn)和降低Pr/Pn比值的作用。叶绿素荧光特性分析表明,C4光合微循环的增强伴随着PSⅡ电子传递效率(Fv/Fm)和光化学猝灭(qp)的增加,以及非光化学猝灭(qN)的降低。      

转玉米C4型高光效pepc基因小麦的分子特征及光合特性研究

为分析转pepc基因小麦的分子遗传特征和光合生理特性,以基因枪介导转玉米C4型pepc基因的T3代转基因小麦株系为实验材料,对其进行PCR筛选、Southern杂交、qRT-PCR、Western杂交、酶活性和光合速率测定,鉴定了pepc基因在小麦基因组中的整合及表达情况,并分析了转基因株系的光合生理特性和产量性状表现。结果表明,玉米C4型pepc基因以1～3个拷贝的方式被整合到6个转基因株系的不同位点,且可以正确转录和翻译;6个转基因株系中有4个株系的pepc基因表达水平、PEPC酶活性和净光合速率均较对照显著提高,2个株系的单株重、单株产量和千粒重显著高于对照;抽穗期转基因株系的PEPC酶活性最大值为1.6μmol·min-1·mg-1,较对照提高了1.6倍;净光合速率最大值为29.5μmol·m-2·s-1,较对照提高了15.5%。说明,玉米C4型pepc基因可以在小麦基因组中整合表达,并可改善小麦的光合特性。     

4个不同橡胶树品系的光合特性研究

以Li-cor-6400便携式光合作用测定仪测定4个海南当前橡胶树主导品种品系的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2溶度(Ci)等光合参数及叶绿素含量等指标。结果表明：热研8-79的Pn最高,叶肉瞬时羧化效率(Pn/Ci)较高,且水分利用率(WUE)最高,较适合在干旱胁迫地区配置;热垦628的Pn/Ci高,在最低的Ci和Gs情况下,表现出最低的Pn;热研7-33-97光合能力整体处于中等水平;传统品种RRIM600光合能力一般,且WUE最低,耐旱性较差。     

干旱胁迫下过表达TaER小麦的转录组及光合特性分析

为探究小麦TaER基因调控蒸腾效率及抗旱性的分子机制,以2个T_3代转TaER基因株系及其野生型为材料,对其正常灌溉和干旱胁迫处理下的灌浆期旗叶进行转录组(RNA-seq)测序,分析其差异表达基因并进行GO和KEGG富集分析,探究其功能及可能参与的调控通路,同时测定光合及蒸腾参数。结果表明,与野生型相比,TaER过表达株系在正常灌溉和干旱胁迫下分别获得1 439和607个共同的差异表达基因;GO富集分析发现,光合作用、脂质和膜脂代谢基因响应干旱胁迫;KEGG富集分析表明,亚油酸和α-亚麻酸代谢中的酯氧合酶、甘油脂代谢中的糖基转移酶基因均上调表达,光合作用相关基因响应干旱胁迫;干旱胁迫下,TaER过表达株系的净光合速率和水分利用效率较高,蒸腾速率较低。综上所述,TaER过表达株系可能是通过调控脂类代谢及光合作用等生物过程,提高光合速率及水分利用效率,从而适应干旱胁迫的。     

转异苞滨藜BADH基因玉米高世代株系苗期外源基因表达及耐盐性功能分析

以转来自耐盐植物异苞滨藜的甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)玉米T8代株系BZ-136及受体对照自交系郑58(耐盐)为试材,采用盆栽种植方法,分析转基因植株中外源基因的表达情况,检测耐盐相关生理指标。结果表明,转基因株系BZ-136中的BADH酶活性及甜菜碱含量显著高于受体对照,随着盐胁迫时间的延长,其表达量先增加后减少,在胁迫7 d时分别达到了最大值。转基因株系幼苗株高和干重从盐胁迫第3天开始显著高于对照,鲜重和含水量在胁迫第5天和第7天时转基因株系显著高于对照;转基因株系根总体积显著高于对照,直径和根尖数在胁迫第5天时显著高于对照;转基因株系电导率和丙二醛含量均低于对照,分别在胁迫第3天和第7天开始达显著差异,叶绿素含量高于受体对照,从第3天开始二者差异达显著水平。由于外源BADH基因的表达显著提高了基因株系的耐盐性。     

花期高温胁迫下TaERECTA基因对小麦生理特性和光合作用的影响

为研究花期高温胁迫对转TaERECTA基因小麦生理特性和光合作用的影响,在扬花期对转TaERECTA基因小麦进行高温胁迫,测定转基因小麦的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)含量和相对电导率,并于扬花期测定其光合相关参数。结果显示,随着高温胁迫时间的延长,转基因小麦叶片的POD和CAT活性呈明显下降趋势,而SOD活性较稳定,MDA含量和相对电导率增加;与对照株系相比,高温胁迫处理后,转基因小麦株系具有较高的抗氧化酶活性,较低的MDA含量和相对电导率;高温胁迫显著降低了小麦植株的SPAD值,且转基因小麦的光合速率和瞬时水分利用效率均显著大于对照株系。说明TaERECTA基因可以参与调控小麦叶片组织细胞膜的稳定性,改良高温胁迫下小麦的光合能力和水分利用效率。     

GmRACK1基因对大豆耐旱性调控作用研究

活化C激酶1受体(RACK1)属于含有色氨酸-天冬氨酸结构域(WD)重复结构的蛋白质亚家族.为研究GmRACK1在干旱胁迫中的调控作用,本研究构建GmRACK1基因过表达与沉默两种双元表达载体并转化大豆,对转基因和对照大豆株系进行干旱和复水处理,测定株系的干重、存活率、叶绿素含量、过氧化氢含量和抗氧化酶活性等指标;分析GmRACK1基因对大豆抗旱性的调控作用.结果 显示:在干旱胁迫下,大豆GmRACK1基因沉默株系(RNAi)的存活率和干重明显高于野生型(WT)和过表达(OE)株系.干旱10 d后RNAi株系的叶绿素含量显著高于WT和OE株系,OE株系的DAB和NBT染色颜色比WT和RNAi株系深.土壤干旱胁迫10 d后复水4d,RNAi株系恢复好于WT和OE株系.在15％ PEG 4000处理下,RNAi株系抗氧化物酶SOD、POD和CAT的活性和ABA含量显著高于WT和OE株系,而MDA和电导率显著低于WT和OE株系.结果 说明RNAi株系能清除过多活性氧,导致植物的氧化伤害减弱.GmRACK1基因对大豆耐旱性存在调控作用.     

PEG胁迫对抗旱性不同的小麦幼苗光合关键酶活性的影响

为了解小麦幼苗叶片C4途径酶对干旱胁迫的响应,以小麦节水耐旱品种西农1043和水地品种陕253为材料,通过水培实验,分析了20%PEG胁迫后小麦幼苗叶片的叶绿素含量、相对含水量及C3、C4光合途径酶活性的变化。结果表明,随着PEG胁迫时间的延长,小麦叶片叶绿素含量、相对含水量和C3途径关键酶Rubisco活性均下降,且陕253的降幅相对较大,而C4途径关键酶活性均呈先升后降趋势。PEG胁迫下,C4途径酶CA、PEPC、NADP-MDH、NADP-ME、NAD-ME和PPDK活性最大增幅分别达到19.3%(P0.05)、34.7%(P0.05)、52.3%(P0.01)、93.7%(P0.01)、56.6%(P0.01)和91.3%(P0.01),且西农1043的C4途径关键酶活性较陕253增加明显。说明干旱胁迫下小麦幼苗叶片高活性的C4途径相关酶可能在光合固碳及耐旱生理机制中起着重要作用。     

分根区灌溉和氮肥处理对星油藤幼苗的影响

探讨分根区灌溉和氮肥对盆栽星油藤幼苗生长的影响。试验设置3个因素，灌水量、灌溉方式和氮肥，共7个处理，测量了幼苗生长、光合和水分利用效率等指标。结果表明：与充分灌溉相比，分根区灌溉的处理，生物量降低5％，节水75％，水分利用率高出60％，表现出极大的节水效益。重度干旱条件下，施氮肥的处理，根冠比增加达30％，但分根区灌溉处理叶面积指数下降38％，光合速率下降9％，生物量下降18％，分根区灌溉在严重干旱条件不适宜施氮肥。总之，在适度干旱条件下，分根区灌溉降低蒸腾，提高水分利用率，是一种有效的节水灌溉技术。     

干旱条件下土壤盐分对大豆生长及光合作用的影响

以盆栽大豆为材料,设置不同程度的土壤盐分(NaCl)、干旱及旱盐组合处理,然后测定各处理大豆植株的株高、生物量、光合作用指标以及植株的水分状况和Na~+、K~+含量,探索干旱条件下土壤盐分对大豆生长的影响及可能机制。结果表明:干旱和盐胁迫均可导致大豆叶片的净光合速率降低和生长量的减少,干旱还导致光合机构的严重损伤。但是,干旱和适量土壤盐分(100~150 mmol·L~(-1)NaCl)组合处理的大豆植株,其生长量、净光合速率和PSⅡ最大光化学效率都显著高于单一干旱处理。同时,旱盐组合处理的大豆叶片RWC、Na~+含量也高于单一干旱处理,水势和渗透势低于后者,且叶片Na~+含量与其渗透势降低显著相关。综合分析表明,在干旱条件下,土壤适量NaCl的存在使大豆能够吸收和积累更多Na~+等盐离子作为渗透调节物质,来降低渗透势、提高吸水能力,以改善植株的水分状况和光合性能,保持植株较高的生长速率,即土壤中适量盐分(NaCl)的存在可减轻干旱对大豆的负效应。     

转小麦 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因拟南芥植株的主要抗旱性研究

核氧还蛋白（nucleoredoxin,NRX）可通过还原目标蛋白的二硫键来调控其生物活性,在植物的生长发育和抗逆境胁迫中发挥着重要作用。蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）、h型硫氧还蛋白（h-type thioredoxin,TRXh）和蛋白磷酸酶2A催化亚基（protein phosphatase 2A catalytic subunit,PP2Ac）是小麦核氧还蛋白TaNRX1的互作蛋白。为了明确TaNRX1互作蛋白的抗旱性功能,本研究在拟南芥中过表达了小麦 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因,对野生型和转基因拟南芥的表型和抗旱相关生理指标进行了鉴定。结果表明,干旱胁迫处理后,转 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因拟南芥的根长、存活率、脯氨酸含量均大于野生型,离体叶片失水率、丙二醛（MAD）含量均小于野生型。二氨基联苯胺（diaminobenzidine,DAB）对H₂O₂组织定位染色结果表明,干旱胁迫处理后,转 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D基因拟南芥的H₂O₂含量均低于野生型。上述结果说明,TaNRX1的互作蛋白基因 TaPDI-A、 TaTRXh-A和 TaPP2Ac-D增强了拟南芥对于干旱胁迫的抵抗能力。本研究可为小麦抗旱育种提供候选基因和理论基础。     

过量表达拟南芥GPX3基因提高玉米苗期抗旱性研究

通过农杆菌介导法将拟南芥抗旱基因AtGPX3导入玉米自交系郑58中,用PCR和RT-PCR法对转化玉米进行检测,在水分胁迫下对T₁代转基因玉米和非转基因玉米进行抗旱性分析。结果表明,共得到56株转化苗,检测获得9个株系的30株T₀代转基因阳性植株,抗性植株阳性率为53.6%。RT-PCR检测表明,T₁代有6个株系为稳定遗传阳性株系,并且AtGPX3基因在转基因玉米中表达量大幅度提高。耐旱性分析表明,非胁迫条件下,非转基因和转基因株系中游离脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）的含量基本无显著差异。在干旱胁迫条件下,转基因玉米叶片的Pro含量高于非转基因玉米,比非转基因株系提高了46.2%;MDA含量低于非转基因玉米,比非转基因玉米下降了34%。通过导入AtGPX3基因,可以提高玉米苗期的耐旱性。     

Yield, water use efficiency and nitrogen uptake in potato: influence of drought stress

Summary A lysimeter experiment was performed to study the optimal allocation of limited water supply in potatoes. Irrigation regimes equal to 40, 60 and 80% of maximum evapotranspiration (ET) were evenly applied over the crop cycle. Other treatments involved withholding 80 mm of irrigation, based on ET, beginning at each of three designated growth stages (tuber initiation, early and late tuber growth). An irrigated control treatment, restoring the entire ET, was included for comparison. Continuous drought stress reduced photosynthesis as irrigation volumes were reduced. Plant biomass and tuber yield decreased almost proportionally to water consumption, so that WUE was roughly constant. N uptake was highest in the control and in 80% ET treatment. Withholding water during tuberisation severely hindered plant physiological processes and penalized tuber yield. Reductions in photosynthesis, total biomass and yield were the greatest when drought was imposed during tuber initiation. The earliest stress resulted in the lowest WUE and N uptake. A new crop water stress index (SI) was proposed, which combines atmospheric demand for water and canopy temperature.     

转GmDREB1基因小麦新品系G19-349的抗旱特性

为明确转GmDREB1基因小麦G19-349的抗旱特性,以分子检测为阳性的转基因植株和受体对照济麦19为材料,利用小区试验测定和分析了浇二水和浇四水条件下小麦叶片叶绿素含量、气体交换、叶绿素荧光等光合参数,SOD、POD和CAT活性,以及MDA含量和籽粒产量,同时通过大区试验分析了在浇三水条件下小麦水分消耗特征参数和籽粒产量。对供试材料分子检测结果表明,目的基因已整合到小麦基因组中,并已正确转录。小区试验结果表明,在浇二水条件下,G19-349的旗叶叶绿素相对含量,气体交换参数P_n、G_s、T_r和C_i,叶绿素荧光参数F_v/F_m和Φ_(PSⅡ),以及三种抗氧化酶活性和产量均显著高于对照,而MDA含量显著低于对照;浇四水条件下,G19-349的各项指标与对照均无显著差异。大区试验结果表明,在浇三水条件下,G19-349较对照济麦19耗水量显著降低,而水分利用效率和产量均显著增加。说明转GmDREB1基因小麦G19-349在缺水条件下具有较高的抗氧化和光合能力,这是其在有限灌水条件下较受体济麦19具有较好水分利用特性的生理基础。     

转C43基因水稻能量亏缺及其补偿技术探讨

转C43基因(PEPC+ PPDK+ ME)水稻光合速率与转PEPC单基因水稻相近,存在能量亏缺现象.分析了转C43基因水稻能量亏缺的原因,探讨了生产上可用的能量亏缺补偿技术,为转C4基因水稻的推广提供技术途径.     

苗期干旱对玉米产量和水分利用效率的影响

通过在防雨棚中进行的盆栽试验,以5个玉米杂交种(郑单958、郑单19、四单19、龙单13、鲁单981)为试材,研究了苗期轻度干旱和中度干旱对玉米产量和水分利用效率(wateruseefficiency,WUE)的影响。结果表明:5个品种的产量和耗水量均随干旱程度的加大而递减,四单19和龙单13的产量对干旱胁迫的敏感度小,耗水量对干旱胁迫的敏感度大(除四单19中度干旱)。轻度干旱提高了四单19和龙单13的WUE,中度干旱只提高了四单19的WUE,其它品种的WUE均随干旱程度的加大而递减。相关分析表明,WUE与抗旱指数呈显著正相关,WUE与产量呈显著正相关(除轻度干旱),但WUE与耗水量相关性不显著。四单19综合表现最好,在两种干旱胁迫处理下均同步实现了抗旱、节水、稳产的目标。